JP2003332272A

JP2003332272A - パルスレーザを用いたレジスト剥離装置

Info

Publication number: JP2003332272A
Application number: JP2002141987A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kanazawa; 正仁金沢; Takahiko Mitsuta; 隆彦光田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、大気中で実用的な処理速度でレジ
スト剥離を行なうことが可能であり、また、反応ガスを
用いるないために反応ガスの除害装置が不要であり、さ
らに、残渣の無いレジスト剥離を可能とするパルスレー
ザを用いたレジスト剥離装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】本発明によるパルスレーザを用いたレジ
スト剥離装置は、レジストが塗布された基板(9)を装着
する試料台(14)と、基板(9)のレジスト塗布面にパルス
レーザ光を照射するレーザ光源(11)と、基板(9)にパル
スレーザ光が照射される照射面内で相直交する２軸方向
にパルスレーザ光の照射範囲を移動させる第１移動手段
(15)と、照射面に照射されるパルスレーザ光の光軸を回
転移動させる第２移動手段(16)とを備え、第１移動手段
(15)及び第２移動手段(16)を駆動制御しながら基板(9)
表面に塗布されたレジストを剥離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体シリコンウ
エハの製造工程や液晶パネル製造工程において使用され
ているレジスト剥離装置に関し、特にレーザ光を用いて
レジストを剥離するパルスレーザを用いたレジスト剥離
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスや液晶パネルの製
造工程において、シリコンウエハ９に薄膜を形成し、微
細加工することにより、目的のパターンにエッチングす
ることが繰り返し行われている。微細加工のエッチング
処理を施す場合にはレジスト膜をマスクとしてパターン
形状にシリコンウエハ９表面を削り込んでエッチング
し、その後、不要なレジスト膜を除去するためにレジス
ト剥離処理（レジストアッシング）を施している。

【０００３】従来、レジストを剥離するためには、酸素
プラズマを用いる方式や酸素またはオゾンガスを用いた
ＵＶ（紫外）光を使った方式が用いられている。図２
は、従来の酸素プラズマを用いた剥離装置の構成を示す
図である。図２に示すように、従来の酸素プラズマを用
いたレジスト剥離装置は、レジスト剥離処理を行う真空
チャンバ１、処理中の圧力を減圧させるための真空排気
装置２、処理中のガス圧力、濃度を調節するための流量
調節器３、シリコンウエハ９を載置または装着するため
の試料台４、プラズマを発生させる電力供給源である高
周波電源５、電力の整合を行う整合器６、プラズマ発生
用の高周波電界を印加するためのコイル状電極７、イオ
ン照射のトラップとガスフローを均一化するためのシャ
ワーヘッド８で構成されている。

【０００４】従来の酸素プラズマを用いたレジスト剥離
装置は、Ｏ_２またはＯ_２＋ＣＦ_４で構成されるレジスト
剥離ガス１０を真空排気装置により減圧された真空チャ
ンバ１内に導入する。この時、レジスト剥離処理に適し
た圧力０．１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒになるように流
量調節器３によりガス流量を調節する。整合器６で電力
の整合を取りつつ高周波電源５で発生させる周波数１
３．５６ＭＨｚ等の高周波電界をコイル状電極７から印
加する。

【０００５】コイル状電極７から印加される電磁波の誘
導作用により、真空チャンバ１内にプラズマが発生す
る。このプラズマにより、酸素ラジカルＯ^＊または酸素
＋フッ素ラジカルＯ^＊＋Ｆ^＊が生成される。これらのラ
ジカルがレジスト膜を構成している炭素Ｃや水素Ｈなど
と反応することにより、レジストは気化され、シリコン
ウエハ９表面から除去される。すなわちレジストが剥離
される。このようにレジスト膜はＣＯ_２やＣＨとなり、
気化されて真空排気装置２の外に排気される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は以上のよ
うに構成されていたため、次のような課題が存在してい
た。すなわち、従来の酸素プラズマを用いたレジスト剥
離装置では、プラズマを発生するための環境が必要なた
め、真空中または減圧下でなければ実用的なレジスト剥
離処理を行うことができなかった。また、反応ガス（Ｏ
_２、ＣＦ_４ガスなど）を用いることが必要であり、特に
ＣＦ_４などの反応性ガスを使用した場合には、除害装置
が必要であった。さらに、シリコンウエハ９がプラズマ
源に対向して設置されるため、イオン照射やプラズマ熱
の影響によりレジストの硬化や変質が生じてしまい、長
時間プラズマ照射を続けるとレジストは残渣となってシ
リコンウエハ９上に残り、デバイス不良の原因を招来す
ることになっていた。

【０００７】また、パルスレーザを用いたレジスト剥離
装置も提案されていたが、エキシマレーザ光の照射範囲
が限られていたため、実用化されるまでには至っていな
かった。なお、半導体製造工程におけるレジストの塗布
は、一般的にスピンコーティングにより行なわれるた
め、レジストの余剰分が遠心力によりシリコンウエハ９
の外周端に流れ、シリコンウエハ９の裏面に廻り込んで
付着してしまう。このように裏面に付着したレジスト
は、次工程において汚染物となり、デバイス不良の原因
になる。このため、従来はシリコンウエハの裏面に付着
したレジストを洗浄するための洗浄工程を行っていた。
通常の酸素プラズマを用いたレジスト剥離装置では、プ
ラズマで作られた反応種の廻り込みがあるため、裏面だ
けのレジスト剥離は不可能であり、それゆえ、このよう
な洗浄工程が必要であった。

【０００８】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、大気中でも実用的な処理速
度でレジスト剥離を行なうことが可能であり、また、Ｃ
Ｆ_４ガス等の反応ガス及び反応ガスを除害するための装
置を必要とせず、さらに、プラズマ熱やイオン照射によ
るレジストの硬化や変質の発生を防ぎ、残渣の無いレジ
スト剥離を可能とし、さらにまた、スポット形状のレー
ザ光源に対して、試料の回転と水平移動を組み合わせた
機構を持つことにより、シリコンウエハ表面全面に対し
てレジスト剥離を可能にしたパルスレーザを用いたレジ
スト剥離装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のパルスレーザを
用いたレジスト剥離装置は、レジストが塗布された基板
を装着する試料台と、前記基板のレジスト塗布面にパル
スレーザ光を照射するレーザ光源と、前記基板に前記パ
ルスレーザ光が照射される照射面内で相直交する２軸方
向に前記パルスレーザ光の照射範囲を移動させる第１移
動手段と、前記照射面に照射されるパルスレーザ光の光
軸を回転移動させる第２移動手段とを備え、前記第１移
動手段及び前記第２移動手段を駆動制御しながら前記基
板表面に塗布された前記レジストを剥離する。

【００１０】また、前記第１移動手段と前記第２移動手
段をプログラムに基づいて駆動制御する制御手段をさら
に備え、前記基板表面の任意の部位に前記パルスレーザ
光を照射できる。

【００１１】また、前記基板表面に照射する前記パルス
レーザのオーバラップ量を任意に設定できる。

【００１２】また、前記試料台は、前記装着面が垂直面
になるように設置される。

【００１３】さらに、前記基板表面近傍に設置され、前
記基板への前記パルスレーザの照射により前記基板の表
面から離脱すると共に帯電され電荷を持った帯電パーテ
ィクルを介して前記チャンバとの間に発生した電位差を
検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段による検出
信号が零になったときに前記レーザビームによる前記基
板表面におけるレジスト剥離処理が終了したと判定する
終了判定手段とをさらに備える。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるパ
ルスレーザを用いたレジスト剥離装置の好適な実施の形
態について詳細に説明する。なお、従来装置と同一また
は同等部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００１５】本発明のパルスレーザを用いたレジスト剥
離装置では、従来装置のようにプラズマを用いる代わり
に、ＫｒＦエキシマレーザ光をシリコンウエハ９の表面
に照射することにより、シリコンウエハ９の表面のレジ
ストを瞬時に熱膨張させ、熱膨張の反発力を利用してレ
ジストを剥離させるか、またはアブレーションによりエ
ッチング後に残ったレジスト膜を剥離させる。

【００１６】本発明のパルスレーザを用いたレジスト剥
離装置で利用する波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレー
ザ光は、フォトレジスト膜等の有機物に対しては吸収さ
れ易く、これにより熱膨張やアブレーションが促進され
るため、シリコンウエハに悪影響を及ぼすことなくレジ
ストを除去することが可能である。また、従来実用化の
阻害要因となっていた照射範囲の狭さは、後述する照射
面内で相直交する２軸方向に移動させる第１移動手段
と、試料台の照射面を照射軸周りに回転させる第２移動
手段とを設け、照射範囲をオーバラップさせながら行な
うことにより克服でき、実用的な処理速度でシリコンウ
エハ表面全面のレジスト剥離を可能としたものである。

【００１７】また、試料台上での照射位置は、コンピュ
ータによりプログラムされているため、シリコンウエハ
の指定領域だけをレジスト剥離させることも可能であ
る。さらに試料台を裏返す機構を設けることにより、シ
リコンウエハ裏面だけのレジスト剥離も可能である。

【００１８】図１は、本発明のパルスレーザを用いたレ
ジスト剥離装置の構成を概略的に示す構成図である。紫
外パルスレーザ光であるＫｒＦエキシマレーザ光（以
下、単にエキシマレーザ光と称する）を発生するエキシ
マレーザ装置１１、照射エネルギを調節するためのアッ
テネータ１２、エキシマレーザ光を照射範囲が約６ｍｍ
角の四辺形になるように収斂および整形するための集光
レンズ１３、基板であるシリコンウエハ９を装着するた
めの試料台１４で構成されている。

【００１９】また、試料台１４には、シリコンウエハ９
へのエキシマレーザ光の照射位置を移動させるための機
構として、照射面内で相直交する２軸方向にエキシマレ
ーザ光の照射範囲を移動させるために、試料台１４を水
平方向及び上下方向に移動させる第１移動手段であるモ
ータ１５と、照射面に照射されるエキシマレーザ光の光
軸を回転移動させるために、試料台１４の照射面を照射
軸周りに回転させる第２移動手段であるモータ１６及び
第１ドライバ１７、第２ドライバ１８が設けられてお
り、これらは全て制御手段である制御装置１９のコント
ロール下にある。なお、試料台１４はシリコンウエハ９
の装着面が垂直になるように設置する。飛散したレジス
トの再付着を防止するためである。

【００２０】エキシマレーザ装置１１から発振されたエ
キシマレーザ光をアッテネータ１２でレジスト剥離に必
要なエネルギに調節した後に、集光レンズ１３によりエ
キシマレーザ光の照射領域が約６ｍｍ角の四辺形になる
ように収斂および整形し、シリコンウエハ９の表面に照
射する。シリコンウエハ９の表面に塗布されたレジスト
は、紫外域のパルス状のエキシマレーザ光が照射される
ことにより瞬時に熱膨張を起こすので、シリコンウエハ
９とレジスト膜との間に反発力が発生し、レジストが除
去される。あるいは紫外域のパルス状のエキシマレーザ
光の照射によりアブレーションが生じ、シリコンウエハ
９の表面からレジストが脱離される。シリコンウエハ９
が装着された試料台１４は、モータ１５及びモータ１６
により可動自在に構成されている。エキシマレーザ光照
射時のオーバラップ量や速度、照射位置は制御装置１９
により任意に設定できる。レジスト膜剥離中の電界や光
強度をモニタリング装置２０で監視することにより、レ
ジスト剥離状況の終点を検出することができる。このよ
うなレジスト剥離の終点検出は、特開２００１−０４３
２６９号公報記載のレーザクリーニング処理の終了判定
装置及び方法に詳しい。

【００２１】すなわち、終点判定手段としてのモニタリ
ング装置２０は、シリコンウエハ９の表面近傍に設置さ
れた電圧検出手段であるプローブ２０Ａで検出する電圧
に基づいてレジスト剥離の終点を検出する装置である。
シリコンウエハ９の表面へのエキシマレーザ光の照射に
より、レジストが気化されると共に帯電し、シリコンウ
エハ９の表面近傍に拡散する。このように帯電されたレ
ジストは飛散パーティクルとなり、電荷の搬送媒体とな
るので、プローブ２０Ａにより検出される電圧値に基づ
いてレジストの剥離状況を判断する。シリコンウエハ９
の表面から離脱するパーティクル量が多いと、帯電パー
ティクル量も増大するため、プローブ２０Ａで検出され
る電圧値は増大する。一方、シリコンウエハ９の表面か
らレジストが剥離されて離脱するパーティクル量が減少
し、これに伴い帯電パーティクル量も減少すると、プロ
ーブ２０Ａで検出される電圧も低下する。従って、プロ
ーブ２０Ａで検出される電圧値がほぼ零になったときに
レジストの剥離が終了したと判定できるものである。

【００２２】また、本発明のエキシマレーザを使ったレ
ジスト剥離装置におけるレジスト剥離のための条件は、
下記の通りである。光源としては波長２４８ｎｍのＫｒ
Ｆエキシマレーザを用い、照射面におけるエキシマレー
ザ光の光径は６ｍｍ角である。照射密度は３００〜６０
０ｍＪであり、膜厚１μｍのレジストを完全に剥離する
までのエキシマレーザのパルス数は６〜１２パルスであ
る。なお、３００ｍＪ以下の照射密度では１２パルス以
上必要である。

【００２３】これらの条件からオーバラップ量を求め
る。オーバラップ量は（レーザ光径）／（完全に剥離す
るまでのレーザパルス数）で表されるから、上述の条件
下では０．６〜１ｍｍが最適値となる。なお、このよう
な条件下での処理能力は、直径が８インチのシリコンウ
エハ９を処理した場合で５０秒〜９０秒である。

【００２４】以上、本発明のパルスレーザを用いたレジ
スト剥離装置では、レーザ光径が約６ｍｍ角のエキシマ
レーザ光を使っているが、試料台の回転機構と水平軸移
動機構（シリコンウエハ９中心〜外周へ移動可能）を設
けることで、シリコンウエハ９の表面全体のレジスト剥
離が可能である。シリコンウエハ９の表面の全面を処理
する場合でも従来のプラズマ剥離装置と同等の処理速度
が得られる。

【００２５】また、このように光軸を約６ｍｍ角に絞る
ことにより、レジストを剥離させるためのエネルギを充
分保ったうえで照射可能なので、反応ガス（オゾンガ
ス）を併用する必要がない。また、反応ガスを使用しな
いので、反応ガスの除害装置を備える必要がない。プラ
ズマを使用したレジスト剥離装置は真空中でなければ処
理できないが、本発明のパルスレーザを用いたレジスト
剥離装置は大気圧（通常の雰囲気）で処理が可能であ
る。

【００２６】波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光
は、フォトレジスト膜等の有機物に対しては吸収され易
く熱膨張やアブレーションが促進されるが、シリコンウ
エハ９に対しては影響が少ないため、プラズマアッシン
グで問題となっているプラズマ熱やイオン照射によるダ
メージは生じない。

【００２７】以上、本発明によれば、エキシマレーザを
用いるため、大気圧でのレジスト剥離が可能であり、従
来のプラズマ剥離装置で必要であった真空容器、排気装
置を必要としないパルスレーザを用いたレジスト剥離装
置を提供することができる。また、レジストの反応源を
エキシマレーザに置き換えることで従来のプラズマ剥離
装置で必要であった反応ガス（ＣＦ_４ガス等）が必要な
くなり、除害装置の削減が可能となった。さらに、プラ
ズマの代わりにエキシマレーザ光を照射することで、プ
ラズマ熱やイオン照射によるレジストの硬化や変質が生
じることなく、残渣の無いレジスト剥離が可能となっ
た。

【００２８】なお、以上の説明では試料台１４の装着面
内でエキシマレーザ光の照射範囲を相直交する２軸方向
に移動させると共に、装着面に照射されるエキシマレー
ザ光の光軸を回転移動させるために、試料台１４の位置
を移動させるモータ１５及びモータ１６を備える場合に
ついて説明したが、試料台１４を固定してエキシマレー
ザ光を移動させるように光学系を設計してもよい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、真空容器
や排気装置を必要とせず、また、ＣＦ _４ガス等の反応ガ
スを用いる必要がなく、この結果除害装置が不要とな
り、さらに、レジストの硬化や変質が生じることなく、
残渣の無いレジスト剥離が可能なパルスレーザを用いた
レジスト剥離装置を提供することができる。請求項２記
載の発明によれば、自動的にレジストを剥離できるパル
スレーザを用いたレジスト剥離装置を提供することがで
きる。請求項３記載の発明によれば、基板表面に残渣の
生じることのないレジスト剥離が可能なパルスレーザを
用いたレジスト剥離装置を提供することができる。請求
項４記載の発明によれば、飛散したレジストの再付着を
防止できるパルスレーザを用いたレジスト剥離装置を提
供することができる。請求項５記載の発明によれば、レ
ジスト剥離処理の終了を判定できるパルスレーザを用い
たレジスト剥離装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルスレーザを用いたレジスト剥離装
置の構成を概略的に示す構成図である。

【図２】従来の酸素プラズマを用いた剥離装置の構成を
示す図である。

【符号の説明】

９シリコンウエハ１１エキシマレーザ装置１２アッテネータ１３集光レンズ１４試料台１５、１６モータ１７第１ドライバ１８第２ドライバ１９制御装置２０モニタリング装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レジストが塗布された基板(9)を装着す
る試料台(14)と、前記基板(9)のレジスト塗布面にパルスレーザ光を照射
するレーザ光源(11)と、前記基板(9)に前記パルスレーザ光が照射される照射面
内で相直交する２軸方向に前記パルスレーザ光の照射範
囲を移動させる第１移動手段(15)と、前記照射面に照射されるパルスレーザ光の光軸を回転移
動させる第２移動手段(16)とを備え、前記第１移動手段
(15)及び前記第２移動手段(16)を駆動制御しながら前記
基板(9)表面に塗布された前記レジストを剥離すること
を特徴とするパルスレーザを用いたレジスト剥離装置。
【請求項２】前記第１移動手段(15)と前記第２移動手
段(16)をプログラムに基づいて駆動制御する制御手段(1
9)をさらに備え、前記基板(9)表面の任意の部位に前記
パルスレーザ光を照射できる請求項１記載のパルスレー
ザを用いたレジスト剥離装置。
【請求項３】前記基板(9)表面に照射する前記パルス
レーザのオーバラップ量を任意に設定できる請求項２記
載のパルスレーザを用いたレジスト剥離装置。
【請求項４】前記試料台(14)は、前記装着面が垂直面
になるように設置されることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか記載のパルスレーザを用いたレジスト剥
離装置。
【請求項５】前記基板(9)表面近傍に設置され、前記
基板(9)への前記パルスレーザの照射により前記基板(9)
の表面から離脱すると共に帯電され電荷を持った帯電パ
ーティクルを介して前記チャンバとの間に発生した電位
差を検出する電圧検出手段(20A)と、前記電圧検出手段
(20A)による検出信号が零になったときに前記レーザビ
ームによる前記基板(9)表面におけるレジスト剥離処理
が終了したと判定する終了判定手段(20)とをさらに備え
ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の
パルスレーザを用いたレジスト剥離装置。